## 非阻塞IO及多路复用:
```python
存在的问题:
当执行到recv时,如果对象并没有发送数据,程序阻塞了,无法执行其他任务
解决方案:
1.多线程或多进程,
当客户端并发量非常大的时候,服务器可能就无法开启新的线程或进程,如果不对数量加以限制 服务器就崩溃了
2. 线程池或进程池
首先限制了数量 保证服务器正常运行,但是问题是,如果客户端都处于阻塞状态,这些线程也阻塞了
3. 协程:
使用一个线程处理所有客户端,当一个客户端处于阻塞状态时可以切换至其他客户端任务
'当单个任务耗时较长时,协程效率反而不高了(cpu切换影响效率)
```
## 非阻塞IO模型:
```python
阻塞IO模型在执行recv 和 accept 时 都需要经历wait_data
非阻塞IO即 在执行recv 和accept时 不会阻塞 可以继续往下执行
如何使用:
将server的blocking设置为False 即设置非阻塞
存在的问题 :
这样一来 你的进程 效率 非常高 没有任何的阻塞
很多情况下 并没有数据需要处理,但是我们的进程也需要不停的询问操作系统 会导致CPU占用过高
而且是无意义的占用
案例:(服务端)
from socket import *
server = socket()
server.bind(("127.0.0.1", 1688))
server.listen(5)
server.setblocking(False)
clients = [] # 用来存储客户端socket对象的列表
msgs = [] # 用来存储要发送的数据和客户端socket对象
# 连接客户端的循环
while True:
try:
client, addr = server.accept() # 接受三次握手信息
# 不报错,说明连接成功,执行下面代码
print("连接一个客户端:%s" % addr[1])
clients.append(client)
# 不在这里执行recv,是因为建立连接和接受数据不是同时进行的,
# 在这里可能还没有接受,报错,后续也不会再接受,一直存放在操作系统
# 内存中,没有取的操作.
except BlockingIOError as e:
print("无人连接")
# 收到数据的操作,
for c in clients[:]: # 遍历列表做删除操作,会出错,故切片成一个新的列表
try:
data = c.recv(2048)
if not data: # 主动断开连接
c.close()
clients.remove(c)
# 这里不执行send,是因为如果这时缓存区满了,报IO错,也就是,接受完毕
# 再次接受将报IO错(操作系统内存被recv之后将为空,等待接受状态),但是还没有发送成功,
# 就被从列表中删除了
msgs.append((c, data))
except BlockingIOError as e:
print("此客户端还没有发送数据,不需要接受")
except ConnectionResetError:
print("次客户端断开链接")
c.close()
clients.remove(c)
# 发送数据操作
for item in msgs[:]:
try:
c, msg = item
c.send(msg.upper())
msgs.remove(item) # 如果发送成功,删除数据.失败的话,下次遍历继续发送
except BlockingIOError:
print("发送IO阻塞导致失败")
print("over一次")
客户端:
import os
from socket import *
client = socket()
client.connect(("127.0.0.1", 1688))
while True:
msg = input("msg:")
if not msg: continue
client.send(msg.encode("utf-8"))
print(client.recv(2048).decode("utf-8"))
```
## 多路复用IO模型:select模块的应用:
```python
什么是多路复用:
本质是多路共用,多个连接共用一个select阻塞,或者说多个连接共用一个线程.因此select试用多连接而不适单连接.
在多路复用模型中，对于每一个socket，一般都设置成为non-blocking，但是，整个用户的process其实是一直被block的。只不过process是被select这个函数block，而不是被socket IO给block。
select多路复用服务端:
import socket
import select
server = socket.socket()
server.bind(("127.0.0.1",1688))
server.listen()
server.setblocking(False)
rlist = [server,] # 将需要检测(是否可读==recv)的socket对象放到该列表中
# accept也是一个读数据操作,默认也会阻塞 也需要让select来检测
# 注意 select最多能检测1024个socket 超出直接报错 这是select自身设计的问题 最终的解决方案epoll
wlist = [] # 将需要检测(是否可写==send)的socket对象放到该列表中
# 只要缓冲区不满都可以写
msgs = [("socket","msg")] # 存储需要发送的数据 等待select 检测后 在进行发送
print("start")
while True:
readable_list,writeable_list,_ = select.select(rlist,wlist,[]) # 会阻塞等到 有一个或多个socket 可以被处理
print("%s个socket可读" % len(readable_list),"%s个socket可写" % len(writeable_list))
"""
readable_list 中存储的是已经可以读取数据的socket对象 可能是服务器 可能是客户端
"""
# 处理可读列表
for soc in readable_list:
if soc == server:
# 服务器的处理
client,addr = server.accept()
#将新连接的socket对象 加入到待检测列表中
rlist.append(client)
else:
try:
# 客户端的处理
data = soc.recv(2048)
if not data:
soc.close()
rlist.remove(soc) # 如果对方下线 关闭socket 并且从待检测列表中删除
continue
# 不能直接发 因为此时缓冲区可能已经满了 导致send阻塞住, 所以要发送数据前一个先这个socket交给select来检查
# soc.send(data.upper())
if soc not in wlist:
wlist.append(soc)
# 将要发送的数据先存起来
msgs.append((soc,data))
except ConnectionResetError:
soc.close()
# 对方下线后 应该从待检测列表中删除 socket
rlist.remove(soc)
wlist.remove(soc)
# 处理可写列表
for soc in writeable_list:
# 由于一个客户端可能有多个数据要发送 所以遍历所有客户端
for i in msgs[:]:
if i[0] == soc:
soc.send(i[1])
# 发送成功 将这个数据从列表中删除
msgs.remove(i)
# 数据已经都发给客户端 这个socket还需不需要检测是否可写,必须要删除
wlist.remove(soc) # 否则 只要缓冲区不满 一直处于可写 导致死循环
print("over")
```
## 多路复用 select 进阶epol模型:
```python
1.select,需要遍历socket列表,频繁的对等待队列进行添加移除操作,
2.数据到达后还需要给遍历所有socket才能获知哪些socket有数据
两个操作消耗的时间随着要监控的socket的数量增加而大大增加,
处于效率考虑才规定了最大只能监视1024个socket
## epol l要解决的问题
#1.避免频繁的对等待队列进行操作
#2.避免遍历所有socket
#对于第一个问题epoll,采取的方案是,将对等待队列的维护和,阻塞进程这两个操作进行拆分,
#第二个问题是select中进程无法获知哪些socket是有数据的所以需要遍历
epol为了解决这个问题,在内核中维护了一个就绪列表
1.创建epoll对象,epoll也会对应一个文件,由文件系统管理
2.执行register时,将epoll对象 添加到socket的等待队列中
3.数据到达后,CPU执行中断程序,将数据copy给socket
4.在epoll中,中断程序接下来会执行epoll对象中的回调函数,传入就绪的socket对象
5.将socket,添加到就绪列表中
6.唤醒epoll等待队列中的进程,
进程唤醒后,由于存在就绪列表,所以不需要再遍历socket了,直接处理就绪列表即可
解决了这两个问题后,并发量得到大幅度提升,最大可同时维护上万级别的socket
```
## epoll相关函数:
```python
import select 导入select模块
epoll = select.epoll() 创建一个epoll对象
epoll.register(文件句柄,事件类型) 注册要监控的文件句柄和事件
事件类型:
select.EPOLLIN 可读事件
select.EPOLLOUT 可写事件
select.EPOLLERR 错误事件
select.EPOLLHUP 客户端断开事件
epoll.unregister(文件句柄) 销毁文件句柄
epoll.poll(timeout) 当文件句柄发生变化，则会以列表的形式主动报告给用户进程,timeout
为超时时间，默认为-1，即一直等待直到文件句柄发生变化，如果指定为1
那么epoll每1秒汇报一次当前文件句柄的变化情况，如果无变化则返回空
epoll.fileno() 返回epoll的控制文件描述符(Return the epoll control file descriptor)
epoll.modfiy(fineno,event) fineno为文件描述符 event为事件类型 作用是修改文件描述符所对应的事件
epoll.fromfd(fileno) 从1个指定的文件描述符创建1个epoll对象
epoll.close() 关闭epoll对象的控制文件描述符
```
## epoll案例:服务器
```python
# coding:utf-8
import socket, select
server = socket.socket()
server.bind(("127.0.0.1", 1688))
server.listen(5)
msgs = []
fd_socket = {server.fileno(): server}
epoll = select.epoll()
# 注册服务器的 写就绪
epoll.register(server.fileno(), select.EPOLLIN)
while True:
for fd, event in epoll.poll():
sock = fd_socket[fd]
print(fd, event)
# 返回的是文件描述符 需要获取对应socket
if sock == server: # 如果是服务器 就接受请求
client, addr = server.accept()
# 注册客户端写就绪
epoll.register(client.fileno(), select.EPOLLIN)
# 添加对应关系
fd_socket[client.fileno()] = client
# 读就绪
elif event == select.EPOLLIN:
data = sock.recv(2018)
if not data:
# 注销事件
epoll.unregister(fd)
# 关闭socket
sock.close()
# 删除socket对应关系
del fd_socket[fd]
print(" somebody fuck out...")
continue
print(data.decode("utf-8"))
# 读完数据 需要把数据发回去所以接下来更改为写就绪=事件
epoll.modify(fd, select.EPOLLOUT)
#记录数据
msgs.append((sock,data.upper()))
elif event == select.EPOLLOUT:
for item in msgs[:]:
if item[0] == sock:
sock.send(item[1])
msgs.remove(item)
# 切换关注事件为写就绪
epoll.modify(fd,select.EPOLLIN)
```
## 客户端
```python
#coding:utf-8
#客户端
#创建客户端socket对象
import socket
clientsocket = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
#服务端IP地址和端口号元组
server_address = ('127.0.0.1',1688)
#客户端连接指定的IP地址和端口号
clientsocket.connect(server_address)
while True:
#输入数据
data = raw_input('please input:')
if data == "q":
break
if not data:
continue
#客户端发送数据
clientsocket.send(data.encode("utf-8"))
#客户端接收数据
server_data = clientsocket.recv(1024)
print ('客户端收到的数据：',server_data)
#关闭客户端socket
clientsocket.close()
```
